[發(fā)明專利]臨近空間中子環(huán)境仿真方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810477458.4
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108710753A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱美光;戴利劍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海精密計(jì)量測試研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發(fā)明提供了一種臨近空間中子環(huán)境仿真方法，本發(fā)明采用響應(yīng)函數(shù)方法，包括用蒙特卡羅計(jì)算不同位置、高度的大氣層特性，對不同入射粒子的響應(yīng)，建立響應(yīng)函數(shù)數(shù)據(jù)；給出與所述蒙特卡羅計(jì)算結(jié)果相一致的經(jīng)驗(yàn)物理模型方法，包括利用蒙特卡羅方法總結(jié)不同高度計(jì)算結(jié)果的特征，結(jié)合物理過程與方法，建立經(jīng)驗(yàn)物理的計(jì)算模型，加速計(jì)算速度，縮短計(jì)算時間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種臨近空間中子環(huán)境仿真方法。

背景技術(shù)

隨著空間概念的不斷擴(kuò)展，人們開始認(rèn)識到臨近空間區(qū)域(海拔高度： 20km～100km之間的空間區(qū)域)目前還是人類尚未涉足的空白區(qū)域。在這樣的空間區(qū)域，既可以避免目前絕大多數(shù)的地面攻擊，又可以提高軍事偵察和對地攻擊的精度，對于情報收集、偵察監(jiān)視、通信保障以及空地作戰(zhàn)等，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

臨近空間跨越多個大氣分層，自然環(huán)境多變，環(huán)境因素復(fù)雜多變。特殊的環(huán)境特征為臨近空間飛行器應(yīng)用帶來新的問題與困難，成為制約臨近空間開發(fā)應(yīng)用的重要因素。尤其是臨近空間特有的中子環(huán)境能夠誘發(fā)器件單粒子效應(yīng)，對臨近空間飛行器的高效、可靠工作構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

目前，飛行器實(shí)驗(yàn)探測和模型仿真是研究中子環(huán)境特征的主要技術(shù)途徑。其中飛行器實(shí)驗(yàn)探測可獲取準(zhǔn)確的環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對固定地點(diǎn)臨近空間中子環(huán)境進(jìn)行連續(xù)的觀測，通常具有較好的時間分辨率和觀測精度。

但是實(shí)驗(yàn)探測也有諸多缺陷，如觀測的高度范圍通常有較大限制，而且觀測站點(diǎn)的分布也非常不均勻，由此獲取的數(shù)據(jù)分散不連續(xù)。

為克服探測數(shù)據(jù)的這些缺陷，國際上基于試驗(yàn)探測技術(shù)所獲取的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行再次開發(fā)，建立了中子環(huán)境計(jì)算機(jī)仿真模型。其中以日本原子能機(jī)構(gòu)開發(fā)的Excel-based Program for calculating Atmospheric Cosmic-ray Spectrum(EXPACS)和英國QinetiQ公司開發(fā)的QinetiQ Atmospheric Radiation Model(QARM)模型為主流模型。日本的EXPACS模型垂直高度僅可達(dá)20km，英國的QARM模型垂直高度可達(dá)100km，但使用權(quán)限和使用頻次受到了嚴(yán)格的限制。因此很難滿足目前國內(nèi)對臨近空間中子環(huán)境分布的系統(tǒng)性和實(shí)時性的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種臨近空間中子環(huán)境仿真方法，能夠滿足目前國內(nèi)對臨近空間中子環(huán)境分布的系統(tǒng)性和實(shí)時性的需求。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種臨近空間中子環(huán)境仿真方法，包括：

對探測數(shù)據(jù)、模型及方法進(jìn)行前期調(diào)研，所述調(diào)研的內(nèi)容包括臨近空間中子輻射的探測數(shù)據(jù)和對應(yīng)的模型方法，其中，所述探測數(shù)據(jù)服務(wù)于后期的計(jì)算模型驗(yàn)證，同時也為待開發(fā)的計(jì)算模型中使用模型方法提供參考，所述模型方法的調(diào)研包括對比不同的模型和方法，建立符合要求的計(jì)算模型；

建立計(jì)算模型，包括：采用響應(yīng)函數(shù)方法，包括用蒙特卡羅計(jì)算不同位置、高度的大氣層特性，對不同入射粒子的響應(yīng)，建立響應(yīng)函數(shù)數(shù)據(jù)；給出與所述蒙特卡羅計(jì)算結(jié)果相一致的經(jīng)驗(yàn)物理模型方法，包括利用蒙特卡羅方法總結(jié)不同高度計(jì)算結(jié)果的特征，結(jié)合物理過程與方法，建立經(jīng)驗(yàn)物理的計(jì)算模型；

計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證，包括將所述計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果與調(diào)研取得的探測數(shù)據(jù)和同類計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證所述計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果的可靠性；

將驗(yàn)證后的計(jì)算模型進(jìn)行封裝，形成友好界面，以通過簡單的操作完成各項(xiàng)計(jì)算，并對所述計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果以圖形展示。

進(jìn)一步的，在上述方法中，所述建立計(jì)算模型，包括：

采用Geant4工具包的planetocosmic程序來計(jì)算宇宙線質(zhì)子和α粒子在地球空間中的輸運(yùn)過程。

進(jìn)一步的，在上述方法中，所述planetocosmic程序的輸入包括宇宙射線譜、大氣模型、地磁場模型，輸出為中子能譜。